Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mischaggregat zum Mischen einer kalten und einer heissen Flüssigkeit auf eine wählbare Gemischtemperatur.
Der bis heute bekannte Stand der Technik für Mischaggregate, z. B. zur Abgabe von warmem Haushaltwasser, zeigt die verschiedenartigsten Techniken. Gemeinsam ist offenbar allen bekannten Bauformen, dass die ankommenden zwei Ströme durch Aufprall gegeneinander oder über mechanische Hilfsmittel gemischt werden. Weiterhin werden im allgemeinen zur Erzielung einer vorwählbaren Gemischtemperatur beide Ströme gesteuert. Aus Sicherheitsgründen werden oft zusätzliche Rückschlagventile verwendet. Die Praxis erweist, dass die bekannten Mischaggregate trotz oder gerade wegen eines hohen konstruktiven Aufwandes relativ störanfällig sind.
Da sowohl das Kalt- als auch das Heisswasser verunreinigt sein kann, beispielsweise durch Säure, Kalk oder andere Partikel, können sich diese Verunreinigungen beim Passieren des Mischaggregates unter dem Einfluss von Temperatur- und Geschwindigkeitsänderungen sowie eventuell durch chemische Reaktionen im Innen des Mischaggregates ablagern. Es können sogar Säurefrass oder Kavitationen auftreten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mischaggregat anzugeben, welches eine wesentlich geringere Störanfälligkeit aufweist als bekannte Mischaggregate und welches technische Verbesserungen hinsichtlich einer leichten Bedienbarkeit sowie einer erhöhten Sicherheit bringt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in einem Gehäuse eine Mischkammer angeordnet ist, in welche eine sich düsenartig erweiternde Einlassöffnung für die heisse Flüssigkeit und ringförmig um die sich erweiternde Einlassöffnung angeordnete zweite Einlassöffnungen für die kalte Flüssigkeit münden und dass der Öffnungsquerschnitt der sich erweiternden ersten Einlassöffnung durch eine innerhalb der Mischkammer bewegliche Steuerkugel beeinflussbar ist, wobei die Position der Steuerkugel gegenüber der ersten Einlassöffnung durch den von den zweiten Einlassöff nungen ausgehenden Kaltwasserstrom dynamisch steuerbar ist
Da bei einer derartigen Ausbildung nur relativ geringe statische Belastungen der Bauteile auftreten und da die Bestandteile des Mischaggregates von einfacher Formgebung sind, können sie fast alle aus Kunststoff bestehen.
Zweckmässigerweise können Kunststoffe gewählt werden, welche weitgehend sicher sind gegen Säurefrass, Ablagerungen und Kavitationen. Damit wird die Lebensdauer des Mischaggregates erhöht. Da in dem Mischaggregat der Kaltwasserstrom nicht reguliert wird, wird erreicht, dass nicht, wie bei gewissen bekannten Mischaggregaten, bei Störungen der Kaltwasserweg blockiert wird und nur Heisswasser an der Verbrauchsstelle austritt. Vielmehr liefert das vorliegende Mischaggregat bei einem solchen Störungsfall nur gemischtes Warmwasser und kein Heisswasser.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das beschriebene Mischaggregat in Querschnitt, und
Fig. 2 am linken Teil einen Halbschnitt gemäss der Linie A-B in Fig. 1, und im rechten Teil die Halbansicht C ge mäss Fig 1.
Das konstruktive Grundelement ist ein zylindrisches Gehäuse 1. Es besitzt zwei kleine Querstutzen. Der obere Stutzen 2 bildet mit einem Stopfen 3 das Hauptlager für eine Exzenterscheiben-Welle 4 mit einer Exzenterscheibe 5. Die Welle 4 findet noch ein Gegenlager 6 in der gegenüberliegenden Gehäusewand. Die Exzenterwelle 4 kann durch einen Knebel 7 verstellt werden. Ein unterer Querstutzen 8 dient als Kaltwasserzufuhr.
Die obere Gehäuseöffnung 9 dient als Anschluss für ein Gebrauchswasser-Entnahmeventil. Die untere Öffnung des Gehäuses 1 wird verschlossen durch einen Deckel 10. Dieser wird zentral durchdrungen von einem Gewindestück 11, das durch eine Bohrung 12 Heisswasser in das Innere des Mischers leitet. Im Kopf 14 des Gewindestückes 11 befindet sich eine kegelförmige Erweiterung 13, welche als Heisswasser-Eintrittsdüse innerhalb der Mischkammer 15 ausgebildet ist. Der Boden 16 des topfartigen Mischkammer-Gehäuses 17 wird durch eine Aussparung 18 des Deckels 10 in seiner Lage fixiert und durch den Kopf 19 des Gewindestückes 11 mit dem Deckel 10 fest verbunden.
Das Aussenprofil der zylindrischen Mischkammer 15 bildet zusammen mit der Innenwand des Gehäuses 1 eine Ringkammer 20, aus der ein Kaltwasserstrom KII durch Ejektorschlitze 21 und ein zweiter Kaltwasserstrom KIII durch Querbohrungen 22 in die Mischkammer 15 eintreten kann. Im Inneren der Mischkammer 15 befindet sich noch eine frei bewegliche Steuerkugel 23, der eine Verdrängerkugel 24 für ein thermostatisches Element 25 aufgesattelt ist.
Das thermostatische Element 25 ist im Beispiel als hydropneumatisches Element ausgebildet. Es können jedoch auch beliebige andere, beispielsweise bekannte Bauelemente für diesen Zweck verwendet werden.
Mit HI ist der am Boden der Mischkammer durch die kegelförmige Mündung 13 eintretende Heisswasserstrom bezeichnet. Der Kaltwasser-Teilstrom Kil wird durch die Schrägschlitze 21 in unmittelbarer Nähe des Heisswassereinlasses durch das Mischkammergehäuse 17 geführt. Der zweite Kaltwasser-Teilstrom KIII wird dagegen durch die Querbohrungen 22 in den oberen Teil der Mischkammer geführt. KE bezeichnet das ankommende Kaltwasser und GW das ausfliessende Gebrauchswasser.
Bei den im Haushalt verwendeten Mischaggregaten wird im allgemeinen ein Kaltwasserstrom von 3 atü einem Heisswasserstrom von 2 atü beigemischt. Dabei ist das Volumen des Kaltwasserstroms im allgemeinen etwa doppelt so gross wie das Volumen des beizumischenden Heisswasserstroms.
Unter dieser Voraussetzung ergibt sich die folgende Funktion des beschriebenen Mischaggregates:
Im Ruhezustand, also wenn kein Gebrauchswasser GW entnommen wird, sind die hydraulischen Verhältnisse einfach.
Der grössere Kaltwasserdruck presst die Steuerkugel als Rückschlagventil in die Mündung der Heisswasserzufuhr.
Damit ist ein betriebssicherer Zustand gegeben.
Bei Entnahme von Gebrauchswasser GW, also im Betriebszustand, werden die Anordnung und Formgebung der drei verschieden gearteten und in verschiedenen Höhen angeordneten Öffnungen wirksam. Der Kaltwasserquerstrom KIII kann nachfliessen, ohne zunächst die Steuerkugel 23 zu beeinflussen. Ein starker Ejektoreffekt durch den Kaltwasserstrom KII beinflusst jedoch die Position der Steuerkugel 23. Diese wird von ihrer Funktion als Rückschlagventil hydraulisch entlastet und zum Schweben gebracht. Jetzt kann auch das Heisswasser HI in die Mischkammer 15 eintreten.
Hat das Kaltwasser gegenüber dem Heisswasser einen Überdruck von mehr als 2,5 atü, kann der Ejektoreffekt des Kaltwasserstromes KII beispielsweise dadurch gesteigert werden, dass die zugehörigen Schrägschlitze tiefer gelegt und anders profiliert werden. Das vorbeschriebene System bleibt im Prinzip unverändert. Trotz des grossen Druckunterschiedes in den Zuführungen wird durch den gesteigerten Ejektoreffekt sowohl die Steuerkugel zum Schweben gebracht, als auch das Heisswasser HI aus der Zuführung herausgesaugt.
Das Mischungsverhältnis von Kalt- und Heisswasser wird von der Schwebehöhe der Steuerkugel bestimmt. Es wird also nur der Heisswasserstrom HI gesteuert. Die Kaltwasserströme werden innerhalb des Mischers nicht reguliert.
Die Auftriebskraft der schwebenden Steuerkugel 23 ist nicht unerheblich, wodurch die Voraussetzung für ein exaktes Regulieren ihrer Schwebehöhe und daher der Gemischtemperatur möglich ist. Ein zu diesem Zweck vorgesehener Thermostat muss daher gleich hohe Kräfte aufbringen, wobei seine Wirkung allerdings durch die kinetische Energie des Kaltwasser-Querstromes KIII unterstützt werden kann. Als Thermostatelement 25 kann beispielsweise ein gummielastischer Zylinder mit einer hydropneumatisch wirkender Füllung 26 verwendet werden. Dieses Element ist im Beispiel in einem starren Schutz- und Tragrohr 27 angeordnet. In einem unteren Stutzen 28 desselben liegt eine Verdrängerkugel 24, welche auf die Steuerkugel 23 einwirkt.
In einem oberen Stutzen 29 des Rohres 27 ist ein Schlitz 30 vorgesehen, in welchem die Exzenterscheibe 5 liegt, so dass sie auf das Thermostatelement 25 einwirkt. Mit zwei Lagerarmen 31 ist das Rohr 27 am Mischkammergehäuse 17 befestigt.
Die Vorwahl des gewünschten Mischungsverhältnisses, also die Bestimmung der Heisswassermenge, welche dem unveränderlichen Kaltwasserstrom beigemischt werden soll, erfolgt im Beispiel durch die direkt von oben auf das'Thermo- statelement einwirkende Exzenterscheibe 5 oder ein ähnliches Element.
In der in den Figuren dargestellten Position ist die Exzenterscheibe ohne Einfluss auf das oben beschriebene, auf die Steuerkugel einwirkende Kräftespiel, und das Gebrauchswasser GW hat Maximaltemperatur. Wird die Exzenterscheibe 5 um 1800 verstellt, wird das Innenvolumen des Thermostatelementes derart verkleinert, dass durch die resultierende Kraft die Steuerkugel 23 nach unten gedrückt wird.
Sie bleibt in Schliessstellung auf dem Heisswassereintritt 13 liegen, und es fliesst nur Kaltwasser aus dem Mischaggregat.
Zwischen den beschriebenen Extrempositionen der Exzenterscheibe 5 sind alle gewünschten Zwischenstellungen möglich.
Ein wesentliches Funktionsmerkmal des beschriebenen Mischaggregates besteht in der Aufteilung der beiden ankommenden Kalt- und Warmwasserströme in drei Teilströme, wobei die Steuerkugel 23 sich von ihrem Sitz abhebt. Jeder dieser Teilströme hat eine eigene Wirkung. Die Kombination dieser verschiedenen Ströme ermöglicht den gewünschten Mischeffekt. Die drei erwähnten Teilströme verlaufen bis zu ihrer Vereinigung teils nebeneinander, teils übereinander. Der für den Gebrauch gefährlichen Heisswasserstrom HI liegt dabei im Beispiel unten, also auf der entgegengesetzten Seite des Mischaggregatauslasses. Der Heisswasserstrom kann daher nicht ungemischt an die Verbrauchsstelle gelangen. Die beiden Ströme HI und KII fliessen gleichsinnig und im wesentlichen ohne Wirbelverluste.
In diesen Punkten unterscheidet sich das beschriebene Mischaggregat von anderen einschlägigen Konstruktionen.
Wegen des einfachen Aufbaus des beschriebenen Mischaggregates lässt sich dieses weitgehend aus Kunststoff, beispielsweise aus Teflon oder Perbunan herstellen. Damit ist eine einfache und preisgünstige Herstellung gewährleistet.
The present invention relates to a mixing unit for mixing a cold and a hot liquid to a selectable mixing temperature.
The prior art known to date for mixing units, e.g. B. for the delivery of warm household water, shows the most diverse techniques. Apparently, all known designs have in common that the two incoming streams are mixed by colliding with each other or by mechanical means. Furthermore, both flows are generally controlled in order to achieve a preselectable mixture temperature. Additional check valves are often used for safety reasons. Practice has shown that the known mixing units are relatively prone to failure despite or precisely because of a high structural effort.
Since both the cold and hot water can be contaminated, for example by acid, lime or other particles, these contaminants can be deposited inside the mixing unit when passing through the mixing unit under the influence of temperature and speed changes and possibly chemical reactions. Acid corrosion or cavitations can even occur.
The object of the present invention is to provide a mixing unit which is significantly less susceptible to failure than known mixing units and which brings technical improvements with regard to ease of use and increased safety.
This object is achieved according to the invention in that a mixing chamber is arranged in a housing, into which a nozzle-like widening inlet opening for the hot liquid and annularly arranged around the widening inlet opening second inlet openings for the cold liquid open and that the opening cross section of the widening first The inlet opening can be influenced by a control ball movable within the mixing chamber, the position of the control ball relative to the first inlet opening being dynamically controllable by the cold water flow emanating from the second inlet openings
Since with such a design only relatively low static loads occur on the components and since the components of the mixing unit are of simple shape, they can almost all consist of plastic.
It is expedient to choose plastics which are largely safe against acid corrosion, deposits and cavitations. This increases the service life of the mixing unit. Since the cold water flow is not regulated in the mixing unit, it is achieved that, as with certain known mixing units, the cold water path is not blocked in the event of malfunctions and only hot water escapes at the point of consumption. Rather, in the event of such a malfunction, the present mixer only supplies mixed warm water and no hot water.
In the following an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to drawings. Show it:
Fig. 1 the mixing unit described in cross section, and
Fig. 2 on the left part a half section along the line A-B in FIG. 1, and in the right part the half view C ge according to FIG.
The basic structural element is a cylindrical housing 1. It has two small cross connections. The upper stub 2 forms with a plug 3 the main bearing for an eccentric disk shaft 4 with an eccentric disk 5. The shaft 4 also has a counter bearing 6 in the opposite housing wall. The eccentric shaft 4 can be adjusted by a toggle 7. A lower cross connector 8 serves as a cold water supply.
The upper housing opening 9 serves as a connection for a service water extraction valve. The lower opening of the housing 1 is closed by a cover 10. This is penetrated centrally by a threaded piece 11 which conducts hot water through a bore 12 into the interior of the mixer. In the head 14 of the threaded piece 11 there is a conical extension 13, which is designed as a hot water inlet nozzle within the mixing chamber 15. The bottom 16 of the pot-like mixing chamber housing 17 is fixed in its position by a recess 18 in the cover 10 and is firmly connected to the cover 10 by the head 19 of the threaded piece 11.
The outer profile of the cylindrical mixing chamber 15, together with the inner wall of the housing 1, forms an annular chamber 20 from which a cold water flow KII can enter the mixing chamber 15 through ejector slots 21 and a second cold water flow KIII through transverse bores 22. In the interior of the mixing chamber 15 there is also a freely movable control ball 23 to which a displacement ball 24 for a thermostatic element 25 is saddled.
The thermostatic element 25 is designed as a hydropneumatic element in the example. However, any other, for example known, components can also be used for this purpose.
The hot water flow entering at the bottom of the mixing chamber through the conical mouth 13 is designated with HI. The cold water partial flow Kil is guided through the inclined slots 21 in the immediate vicinity of the hot water inlet through the mixing chamber housing 17. The second cold water partial flow KIII, on the other hand, is passed through the transverse bores 22 into the upper part of the mixing chamber. KE designates the incoming cold water and GW the outflowing service water.
In the case of the mixer units used in households, a cold water flow of 3 atmospheres is generally mixed with a hot water flow of 2 atmospheres. The volume of the cold water flow is generally about twice as large as the volume of the hot water flow to be admixed.
Under this condition, the following function of the described mixing unit results:
In the idle state, i.e. when no service water GW is withdrawn, the hydraulic conditions are simple.
The greater cold water pressure presses the control ball as a check valve into the outlet of the hot water supply.
An operationally safe condition is thus given.
When using water GW is withdrawn, that is to say in the operating state, the arrangement and shape of the three openings of different types and at different heights become effective. The cold water cross-flow KIII can continue to flow without first influencing the control ball 23. However, a strong ejector effect due to the cold water flow KII influences the position of the control ball 23. This is hydraulically relieved of its function as a check valve and made to float. The hot water HI can now also enter the mixing chamber 15.
If the cold water has an overpressure of more than 2.5 atmospheres compared to the hot water, the ejector effect of the cold water flow KII can be increased, for example, by lowering the associated inclined slots and profiling them differently. The system described above remains unchanged in principle. Despite the large pressure difference in the feeds, the increased ejector effect causes the control ball to float and the hot water HI is sucked out of the feed.
The mixing ratio of cold and hot water is determined by the floating height of the control ball. So only the hot water flow HI is controlled. The cold water flows are not regulated inside the mixer.
The buoyancy of the floating control ball 23 is not insignificant, whereby the prerequisite for an exact regulation of its floating height and therefore the mixture temperature is possible. A thermostat provided for this purpose must therefore apply equally high forces, although its effect can be supported by the kinetic energy of the cold water cross-flow KIII. A rubber-elastic cylinder with a hydropneumatically acting filling 26 can be used as the thermostat element 25, for example. This element is arranged in a rigid protective and support tube 27 in the example. A displacement ball 24, which acts on the control ball 23, is located in a lower connecting piece 28 thereof.
In an upper connecting piece 29 of the tube 27, a slot 30 is provided in which the eccentric disk 5 lies so that it acts on the thermostat element 25. The tube 27 is fastened to the mixing chamber housing 17 with two bearing arms 31.
The preselection of the desired mixing ratio, ie the determination of the amount of hot water which is to be added to the unchanging cold water flow, takes place in the example using the eccentric disk 5 acting directly from above on the thermostat element or a similar element.
In the position shown in the figures, the eccentric disk has no influence on the above-described play of forces acting on the control ball, and the service water GW has a maximum temperature. If the eccentric disk 5 is adjusted by 1800, the internal volume of the thermostat element is reduced in such a way that the control ball 23 is pressed down by the resulting force.
It remains in the closed position on the hot water inlet 13, and only cold water flows out of the mixing unit.
All desired intermediate positions are possible between the described extreme positions of the eccentric disk 5.
An essential functional feature of the mixing unit described consists in the division of the two incoming cold and hot water flows into three partial flows, with the control ball 23 rising from its seat. Each of these partial flows has its own effect. The combination of these different streams enables the desired mixing effect. The three substreams mentioned run partly next to each other, partly on top of each other until they merge. The hot water flow HI, which is dangerous for use, is in the example below, i.e. on the opposite side of the mixer unit outlet. The hot water flow can therefore not reach the point of consumption unmixed. The two streams HI and KII flow in the same direction and essentially without eddy losses.
In these points the mixing unit described differs from other relevant designs.
Because of the simple structure of the mixing unit described, it can largely be produced from plastic, for example from Teflon or Perbunan. This ensures simple and inexpensive production.